(57)【要約】  【課題】  一体型クランク軸の鍛造工程で使用される金型を適切に決定することにより鍛造工程で成形されるクランク軸鍛造体の鍛造形状，金型拘束形状の定量的な設計を実現すること。  【解決手段】  予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定する。また，軸方向投影形状の面積ＦＳ及び自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳと金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出し，この導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて鍛造工程で得られるクランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する。これにより，経験やノウハウ等に頼ることなく定量的なクランク軸鍛造体の設計が実現可能となる。【選択図】図１
2006218502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも鍛造工程及び機械切削工程を順次経てクランク軸を製造するクランク軸製造プロセスの上記鍛造工程において加熱粗鋼を鍛造してクランク軸鍛造体を成形する際に用いられる金型の形状を決定する金型形状決定方法であって，
予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定する自由楕円形状決定ステップを有してなることを特徴とする金型形状決定方法。
【請求項２】
上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出する比率算出ステップと，
上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出する金型拘束係数導出ステップと，
上記金型拘束係数導出ステップにより導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて上記鍛造工程で成形される上記クランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する金型拘束形状決定ステップと，
を更に有してなる請求項１に記載の金型形状決定方法。
【請求項３】
上記自由楕円形状を満たすクランク軸鍛造体が上記鍛造工程において単純圧縮される場合の単純拘束係数を算出する単純拘束係数算出ステップを更に有し，
上記金型拘束形状決定ステップが，上記単純拘束係数及び上記金型拘束係数に基づいて上記金型拘束形状を決定する請求項２に記載の金型形状決定方法。
【請求項４】
上記金型拘束形状決定ステップが，上記単純拘束係数と上記金型拘束係数との乗算値に基づいて上記金型拘束形状を決定する請求項３に記載の金型形状決定方法。
【請求項５】
少なくとも鍛造工程及び機械切削工程を順次経てクランク軸を製造するクランク軸製造プロセスの上記鍛造工程において加熱粗鋼を鍛造してクランク軸鍛造体を成形する際に用いられる金型の形状を決定する金型形状決定装置であって，
予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定する自由楕円形状決定手段を具備してなることを特徴とする金型形状決定装置。
【請求項６】
上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出する比率算出手段と，
上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係を記憶する相関関係記憶手段と，
上記相関関係記憶手段に記憶された上記相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出する金型拘束係数導出手段と，
上記金型拘束係数導出手段により導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて上記鍛造工程で得られる上記クランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する金型拘束形状決定手段と，
を更に備えてなる請求項５に記載の金型形状決定装置。
【請求項７】
少なくとも鍛造工程及び機械切削工程を順次経てクランク軸を製造するクランク軸製造プロセスの上記鍛造工程において加熱粗鋼を鍛造してクランク軸鍛造体を成形する際に用いられる金型の形状を決定する金型形状決定装置に適用される金型形状決定プログラムであって，
予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定する自由楕円形状決定機能を，上記金型形状決定装置に備えられた演算装置に実現させるための金型形状決定プログラム。
【請求項８】
上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出する比率算出機能と，
上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出する金型拘束係数導出機能と，
上記金型拘束係数導出機能により導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて上記鍛造工程で得られる上記クランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する金型拘束形状決定機能と，
を上記演算装置に実現させるための請求項７に記載の金型形状決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，鍛造クランク軸の製造プロセスにおける鍛造工程でクランク軸鍛造体を鍛造成形する際に用いられる金型の形状を決定する金型形状決定方法，金型形状決定装置並びに金型形状決定プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるクランク軸は，その製造方法によって，鍛造クランク軸，鋳造クランク軸，組立形クランク軸に大別される。一般に，舶用の主機或いは補機又は陸用発電機等に用いられる内燃機関のクランク軸は，衝撃的に作用する強力な曲げやねじりに対し十分な強度が要求されるため，強度・剛性の高い鍛造クランク軸が用いられる。この鍛造クランク軸は，炭素鋼やニッケルクロームモリブデン鋼等の粗鋼をＲＲ鍛造法或いはＴＲ鍛造法等によって一体的に成形される。
【０００３】
ここで，図７を用いて上記ＲＲ鍛造法の鍛造原理について簡単に説明する。
上記ＲＲ鍛造法は，ＲＲ鍛造装置７０において，段付き丸棒に機械加工を施した丸鋼等の粗鋼（荒地素材）を一定の挙動で鍛造する方法であって，その鍛造原理は，ポンチ７２による偏芯（クランクピン部の成形）と横圧縮（クランクアーム部の成形）の２方向鍛造による成形である。ここに，ＲＲ鍛造の変形過程を図７の（ａ）〜（ｃ）に示す。ＲＲ鍛造装置７０の挙動は，成形開始からプレス圧下力をクランクピンの偏芯に使うのではなく，プレスの圧下力をくさび機構により横圧縮力を発生させ，図７の（ｂ）に示すように，その横圧縮力を利用して加熱された粗鋼７１を予備圧縮（UPSET）し，バルジ変形させる。その後，図７の（ｃ）に示すように，引き続き横圧縮させながらクランクピンを偏芯させる（OFFSET）。このようにして１気筒分の偏芯軸（スロー部）が成形される。その後，加熱と成形を繰り返し，決められた気筒数分のスロー部を繰り返し成形して，クランク軸鍛造体が製造される。そして，鍛造されたクランク軸鍛造体を機械切削などすることによって最終的に所望の鍛造クランク軸が製造される。なお，上記ＲＲ鍛造法を用いたクランク軸の成形方法については特許文献１及び２に詳しい。
【特許文献１】特開平３−７７７４２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２６３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで，内燃機関の大きさや型式等によって，クランク軸の形状は多種多様であり，１気筒等分の偏芯軸（スロー部）における金型による拘束形状（規制形状）もクランク軸の型式ごとに異なっている。そのため，上述のＲＲ鍛造法やＴＲ鍛造法等によるクランク軸の鍛造では，クランク軸形状に応じた適切な粗鋼，荒地形状及びプレス力量などを加味した鍛造工程を設計する必要があるが，上記鍛造法で用いられる金型や，該鍛造法で鍛造された鍛造体の形状などは複雑な形状・機構を有しており，更にその形状は多様であるため，各金型に作用する荷重等を定量化することは困難である。そのため，現状では，変形の基礎理論を基礎として設計者の経験やノウハウを付加しながら粗鋼の形状や金型による拘束形状等を決定することにより上記鍛造工程の設計を行っている。
しかしながら，このような従来の工程設計では，成形可否の判断や，クランク軸に応じた適切な鍛造形状の決定を定量的に行うことができないため，必要以上の切削代を有する鍛造形状を決定（設計）したり，或いは，金型による拘束形状を極端に制限するなど，製造工程上の不都合が生じる。かかる不都合は，鍛造時のプレス力の増大を招くだけでなく，後工程の切削加工に多大な時間を要することとなり，問題である。また，ある鍛造装置で実質的に鍛造可能であるにもかかわらず，設計段階において許容値（余裕度）を大きく超える粗鋼の形状や金型による拘束形状等が設計されたばかりに，鍛造体の拘束形状が制限され，或いは上記鍛造装置の最大荷重を超過することにより所望の鍛造体を成形することができないと判定されるといった問題が生じ得る。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，鍛造工程で使用される金型の形状を適切に決定することにより鍛造工程で成形されるクランク軸鍛造体の鍛造形状，金型拘束形状の定量的な設計を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は，少なくとも鍛造工程及び機械切削工程を順次経てクランク軸を製造するクランク軸製造プロセスの上記鍛造工程において加熱粗鋼を鍛造してクランク軸鍛造体を成形する際に用いられる金型の形状を決定する金型形状決定方法及び金型形状決定装置に適用され，予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定するよう構成されている。ここに，上記自由楕円形状とは，上記軸方向投影形状に略外接する形状をいい，円を含む楕円形状をいう。これにより，上記自由楕円形状を満足する金型の形状を決定することで，経験やノウハウ等に頼ることなく，適切なクランク軸鍛造体の形状を定量的に設計することが可能となる。その結果，例えば，作業者個人の能力如何によって必要以上に設けていた切削代を省減させることができる。また，それにより，鍛造時のプレス力の低減，後工程の切削加工に要する加工時間の短縮を図ることが可能となる。
また，上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出し，上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出し，この導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて鍛造工程で得られるクランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定することも考えられる。これにより，経験やノウハウ等により決定されていたクランク軸鍛造体の金型拘束形状を定量的に決定することができるため，該金型拘束形状に応じた金型の形状を容易に決定することが可能となる。また，金型拘束形状が定量的に決定されるため，設計ミスに起因する製造不良の減少による歩留まりの向上が期待できる。なお，上記相関関係は予め所定の記憶媒体（相関関係記憶手段）に記憶される。
この場合，上記金型拘束形状の決定手法としては，上記鍛造工程において単純圧縮されることにより上記自由楕円形状を満たすクランク軸鍛造体が製造される場合の単純拘束係数を算出し，この算出された単純拘束係数及び上記金型拘束係数に基づいて上記金型拘束形状を決定する手法が挙げられる。より具体的には，上記単純拘束係数と上記金型拘束係数との乗算値に基づいて上記金型拘束形状を決定することが考えられる。
【０００６】
ここで，本発明は，上記金型形状決定装置に適用される金型形状決定プログラムとして捉えたものであったもよい。
即ち，予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定する自由楕円形状決定機能を上記金型形状決定装置に備えられた演算装置に実現させるための金型形状決定プログラムとして捉えることも可能である。このようなプログラムを用いて求められた上記自由楕円形状を満足する金型の形状を決定することで，経験やノウハウ等に頼ることなく，適切なクランク軸鍛造体の鍛造形状，金型拘束形状を定量的に設計することが可能となる。
また，上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出する比率算出機能と，上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出する金型拘束係数導出機能と，上記金型拘束係数導出機能により導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて上記鍛造工程で得られる上記クランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する金型拘束形状決定機能と，を上記演算装置に実現させるための金型形状決定プログラムとして捉えることにより，経験やノウハウ等により決定されていたクランク軸鍛造体の金型拘束形状を定量的に決定することが可能となり，設計ミス等の減少が期待できる。
【発明の効果】
【０００７】
上述したように，本発明は，予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定するよう構成されているため，上記自由楕円形状を満足する金型の形状を決定することで，経験やノウハウ等に頼ることなく，適切なクランク軸鍛造体の形状を定量的に設計することが可能となる。その結果，例えば，作業者個人の能力如何によって必要以上に設けていた切削代を省減させることができる。また，それにより，荒地素材重量の低減や，鍛造時のプレス力の低減，後工程の切削加工に要する加工時間の短縮を図ることが可能となる。
また，比率ＦＤＳ／ＦＳと金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，算出された上記比率ＦＤＳ／ＦＳに応じた上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出し，この導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて鍛造工程で得られるクランク軸鍛造体の金型拘束形状が決定されるため，該金型拘束形状に応じた金型の形状を容易に決定することが可能となる。また，金型拘束形状が定量的に決定されるため，設計ミスに起因する製造不良の減少による歩留まりの向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。なお，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１及び図２は本発明の実施の形態に係る金型形状決定方法を説明するフローチャート，図３は一気筒分のクランク軸の偏芯軸（以下「スロー部」と呼ぶ）を示す模式図，図４はスロー部の軸方向投影形状を内接する自由楕円の決定手法を説明するための模式図，図５は金型拘束形状の分類表を示す図表，図６は金型拘束係数と比率ＦＤＳ／ＦＳとの相関関係を示すグラフ図，図７はクランク軸の鍛造工程を説明する模式図である。
本発明は，少なくとも鍛造工程及び機械切削工程を順次経てクランク軸を製造する製造プロセスにおいて，上記鍛造工程で加熱粗鋼を鍛造してクランク軸鍛造体を成形する際に用いられる金型の形状を決定する金型形状決定方法であって，予め，仕様等により定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状を定め，この仮形状の軸方向投影形状に略外接するように後記する自由楕円（自由楕円形状）を決定する。このように決定された上記自由楕円を満足する金型の形状を決定することで，経験やノウハウ等に頼ることなく，適切なクランク軸鍛造体の形状，金型拘束形状を定量的に設計することが可能となる。
また，本発明は，上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出し，上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，算出された上記比率ＦＤＳ／ＦＳに応じた上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出し，この導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて鍛造工程で得られるクランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する。これにより，経験やノウハウ等により決定されていたクランク軸鍛造体の金型拘束形状を定量的に決定されるため，該金型拘束形状に応じた金型形状を容易に選定（決定）することが可能となる。
【０００９】
以下に，図３〜６を参照しながら，図１及び図２のフローチャートを用いて，自由楕円及び金型拘束形状を決定する方法を含む金型形状決定方法の手順（ステップ）の一例について説明する。図中のＳ１，Ｓ２…は処理手順（ステップ）番号を示す。
まず，ステップＳ１において，仕様書等に定められているクランク軸の仕上げ形状に，図３に示すように，所定の切削代ｄを加味して，クランク軸の鍛造体の仮形状を定める。ここに，図３（ａ）はスロー部３０の模式断面図，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向から見た投影図である。このときに加味される切削代ｄは，鍛造工程後の切削工程において最低限要求される切削代とする。もちろんこれに限られることはない。
クランク軸の形状はエンジンメーカの仕様によって多様であり，厳密には，クランク軸の仕様毎（即ちクランク軸形状毎）に上記切削代ｄを定めることが好ましいが，例えば，下記表１のように，クランク軸の規模に応じて予め概ね分類された切削代を用いてもかまわない。以下の説明では，上記切削代ｄとし，クランク軸の仕上がり形状の外周及び軸方向に切削代ｄを加味した形状をクランク軸鍛造体の暫定的な仮形状（初期の仮形状）Ｒ0とする。なお，下記表１では，超大型，大型，中型，小型の４つに分類しているが，これに限られることはない。
【表１】
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【００１０】
上記初期の仮形状Ｒ0が決まると，続いて，ステップＳ２において，該仮形状Ｒ0のクランクアーム部３４の断面の面積，即ち，上記仮形状Ｒ0の軸方向投影形状の面積ＦＳを求め，その後，求められた面積ＦＳに基づいて，上記軸方向投影形状を円に換算した場合の平均直径Ｄｆを求める（ステップＳ３）。
そして，ステップＳ４で，上記スロー部３０の自由楕円を予測するため，上記平均直径Ｄｆに基づいて自由楕円の長径ＤＡ及び短径ＤＢを算出する。
一般に，ＲＲ鍛造では，金型による拘束（規制）なしの状態で丸鋼をその軸に垂直な方向に圧縮鍛造すると，鍛造後の形状は略上下対称な自由楕円形状に変形されることが知られている。そこで，金型拘束なしでバルジ形状を考慮した自由楕円の投影面積を予測することが必要であり且つ重要となる。
上記自由楕円の短径ＤＢは上記平均直径Ｄｆと相関関係があり，また，長径ＤＡは平均直径Ｄｆ及びストロークＳ（ジャーナル軸３１とクランクピン３２との中心距離，図３参照）と相関関係があることが一般に知られており，それぞれ以下の式（１），（２）で表される。
ＤＢ＝ａ×Ｄｆ  …（１）
ＤＡ＝ａ×Ｄｆ＋ｂ×Ｓ＝ＤＢ＋ｂ×Ｓ  …（２）
ここに，ａ及びｂは鋼材（鋼種）により定まる係数（パラメータ）である。
【００１１】
上記自由楕円の短径ＤＢ及び長径ＤＡが算出されると，これら短径ＤＢ及び長径ＤＡにより表される図４に示す自由楕円４１が上記仮形状Ｒ0の軸方向投影形状に外接或いは略外接しているかどうか，即ち，上記軸方向投影形状が上記自由楕円に略内接しているかどうかを判定する（ステップＳ５）。この場合，単に，自由楕円が軸方向投影形状に略外接しているかどうかを判定するのではなく，好ましくは，上記仮形状Ｒ0のジャーナル軸３１及びクランクピン３２を自由楕円のジャーナル軸に相当する位置とクランクピンに相当する位置に合わせた上で判定する。
ここで，上記自由楕円が上記仮形状Ｒ0の軸方向投影形状に略外接せず，上記軸方向投影形状が上記自由楕円からはみ出すような場合は，ステップＳ６に進み，ステップＳ３で求めた平均直径Ｄｆの数値を所定値だけ増し，その後，ステップＳ４の処理を行い，再度，ステップＳ５の判定を行う。また，上記仮形状Ｒ0の軸方向投影形状が上記自由楕円にすっぽり収まるような場合は，ステップＳ６において，ステップＳ３で求めた平均直径Ｄｆの数値を所定値だけ減じ，その後，ステップＳ４からの手順に従った処理を繰り返し実行する。
一方，自由楕円が上記仮形状Ｒ0の軸方向投影形状に略外接すると判断した場合は，求められた短径ＤＢ及び長径ＤＡで定まる自由楕円の面積ＦＤＳ（＝ＤＡ・ＤＢ・π／４）を算出し（ステップＳ７），更に，軸方向投影形状の面積ＦＳ及び自由楕円の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出する（ステップＳ８）。ここで，以下の説明では，ステップＳ８で算出された比率ＦＤＳ／ＦＳの算出値を比率Ｔとする。
【００１２】
上記比率Ｔが算出されると，ステップＳ９では，図５のテーブル図に示すように予め定められた各金型の拘束形状を示す金型モード（金型拘束パターン）毎の金型拘束係数Ｑｋを図６のグラフ図に示す相関関係に基づいて導出する。より詳しくは，上記相関関係に基づいて，上記比率Ｔに応じた上記金型モード毎の金型拘束係数Ｑｋ（Ｑｋ１〜Ｑｋ４）を導出する。
一般に，クランク軸は，型式等によってスロー部の形状が異なるため，それぞれ異なる金型が用いられる。本実施形態では，図５のテーブル図に示すように，スロー部における金型拘束形状を金型モードＭ１〜Ｍ４の４つに分類している。この分類では，金型モードの数値が上がるにつれて拘束（規制）が強くなる。即ち，図示されるように，金型モードＭ１はスロー部の上下面又は左右面のいずれかのみを拘束するモード（semi closed），金型モードＭ２はスロー部の上下面及び左右面を拘束するモード（semi closed），金型モードＭ３はスロー部の全周を拘束するモード（closed），金型モードＭ４はスロー部の全周及びバックチャンファー（closed）を拘束するモードである。なお，上記金型モードＭ２による鍛造は半密閉鍛造，上記金型モードＭ３，Ｍ４による鍛造は密閉鍛造と呼ばれる。また，バックチャンファーとは，クランクピンの軸方向の拘束，即ち，クランクピンの角部の面取り規制のことをいう。
図６のグラフ図は，出願人が過去にクランク軸を製造した際の膨大な量のデータやノウハウなどの経験則に基づき割り出された上記各金型モード毎の比率ＦＤＳ／ＦＳと上記各モードに応じた金型拘束係数との相関関係を示す。
このような図６に示す相関関係が予め判明しているため，ステップＳ９において，ステップＳ８で求めた比率Ｔに応じた各金型モード毎の金型拘束係数Ｑｋを求めることができる。ここで，金型モードＭ１〜Ｍ４それぞれに応じて導出された金型拘束係数をＱｋ１〜Ｑｋ４とする。
【００１３】
続いて，ステップＳ１０では，上記鍛造工程において金型による拘束なしに単純圧縮されることにより上記自由楕円を満たすクランク軸鍛造体が製造される場合の拘束係数Ｑｄ（以下「単純拘束係数Ｑｄ」と称す）を算出する。具体的には，以下の式（３）に基づいて算出される。
Ｑd＝１＋（μＤf／３h）  …（３）
ここに，μは摩擦係数，hはクランクアームの厚さを示す。
上式（３）に基づき単純拘束係数Ｑｄが算出されると，ステップＳ１１において，金型モードＭ１〜Ｍ４それぞれに応じた金型拘束係数Ｑｋ１〜Ｑｋ４と単純拘束係数Ｑｄとが乗算される。この乗算値が各金型モードＭ１〜Ｍ４に応じた拘束係数Ｑ（Ｍ１）〜Ｑ（Ｍ４）である。
続いて，ステップＳ１２では，上記拘束係数Ｑ（Ｍ１）〜Ｑ（Ｍ４）を用いて，各金型モードＭ１〜Ｍ４に応じた成形荷重Ｐ（Ｍ１）〜Ｐ（Ｍ４）を算出する。具体的には，以下の式（４）に示す一般式で算出される。
Ｐ＝Ｑ・σ・Ｆs  …（４）
ここに，σは材料抵抗又は変形抵抗と呼ばれ，丸鋼等の粗鋼に固有の係数である。
なお，上式（４）を参照すれば，成形荷重が金型拘束係数Ｑkに比例することが理解できる。したがって，金型拘束係数Ｑkの値如何によっては，過度の成形荷重が求まることもあり得るが，本発明は，上述のように定量的に金型拘束係数Ｑｋが求められるため，金型モードに応じて適した成形荷重が算出される。
【００１４】
成形荷重Ｐが算出されると，ステップＳ１３では，その荷重Ｐが使用する鍛造装置で耐え得るものであるかどうか，即ち，上記成形荷重Ｐが使用する鍛造装置の最大荷重Ｐmaxを超えていないかどうかを判断する。そして，算出された成形荷重Ｐ（Ｍ１）〜Ｐ（Ｍ４）から，最大荷重Ｐmax未満であって最大の成形荷重（例えばＰ（Ｍ３））に対応する金型モードを当該鍛造装置で使用する金型モードに決定する。
例えば，上記最大荷重Ｐmaxから逆算した金型拘束係数Ｑｋｐが約３．３（図６（ａ）参照）であると仮定した場合は，この実施形態で決定されるモードは金型モードＭ３であることが図６（ａ）から理解できる。なお，金型モードが決定すればそのモードに応じた金型或いはその形状が必然的に決定する。即ち，金型モードＭ３が決定された場合は，全周を拘束（規制）するための一或いは複数の金型或いはその形状が決定する。
従来の経験則に基づく手法であっても適切な鍛造形状，金型拘束形状が設計される場合もあるが，当該手法は設計者の個人能力に頼らざるを得ないため，上記比率Ｔを超えるような比率ＦＤＳ／ＦＳ（例えば比率Ｔｓ）を有する鍛造形状，金型拘束形状が設計される場合もあり得る。この場合は，図６（ｂ）に示すように，上記比率Ｔｓに対応する金型モードＭ３の金型拘束係数Ｑｋ３ｓが上記金型拘束係数Ｑｋｐを超えてしまうことになり，実際は，金型モードＭ３で成形可能であるにもかかわらず，拘束形状が金型モードＭ２に制限されることとなり，所望の鍛造体を成形することができなくなる。本発明はこのような事態を生じることなく，定量的に上記金型モードＭ３が決定される点において従来例と較べて効果的な手法であると言える。
このように，金型モードが決定すれば，決定された金型モードに応じた丸鋼の直径Ｄ及びその体積Ｖを決定する。具体的には，上記面積ＦＤＳの自由楕円に収まる（内接する）程度の直径Ｄの丸鋼を決定し，所定の切削代ｄを加味したクランクアーム部３４（図３）の体積Ｖｓに加熱による焼き減りを考慮して所定マージン（通常１０％以内）を付加した体積Ｖ（例えば１．０３Ｖｓ）を決定する。更に，上記丸鋼の直径Ｄ及びその体積Ｖに基づいて該丸鋼の長さＬ（＝４Ｖ／πＤ2）が算出される（ステップＳ１５）。なお，上記ステップＳ１４及びＳ１５は従来周知の手法であるため，詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１５】
上述した実施の形態では，図１及び図２のフローチャートを用いて金型形状決定方法について説明したが，かかる方法の各手順を実行する金型形状決定プログラム（金型を決定するシミュレーションプログラム等）として本発明を捉えることもできる。また，このようなプログラムがＲＯＭ等に格納されたパーソナルコンピュータ等の情報処理装置により具現化される金型形状決定装置として捉えることも可能である。
即ち，上記金型形状決定装置が具備するＣＰＵ等の演算装置に，予め定められたクランク軸の仕上げ形状に所定の切削代を加味して得られるクランク軸鍛造体の仮形状の軸方向投影形状に略外接する自由楕円形状を決定する自由楕円形状決定機能，上記軸方向投影形状の面積ＦＳ及び上記自由楕円形状の面積ＦＤＳの比率ＦＤＳ／ＦＳを算出する比率算出機能，上記比率ＦＤＳ／ＦＳと予め定められた金型拘束パターンに応じた金型拘束係数との相関関係に基づいて，上記金型拘束パターン毎の金型拘束係数を導出する金型拘束係数導出機能，上記金型拘束係数導出機能により導出された金型拘束パターン毎の金型拘束係数に基づいて上記鍛造工程で得られる上記クランク軸鍛造体の金型拘束形状を決定する金型拘束形状決定機能，を実現させるための金型形状決定プログラム，そして，ＣＰＵ等の演算装置が該金型形状決定プログラムが格納されたＲＯＭ等から該プログラムを読み出し，所定の記憶媒体（相関関係記憶手段）に記憶された前記相関関係（図６）を読み出し参照しながら上記金型を決定するためのシミュレーション等を実行する金型形状決定装置が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る金型形状決定方法を説明するフローチャート
【図２】本発明の実施の形態に係る金型形状決定方法を説明するフローチャート。
【図３】一気筒分のクランク軸のスロー部を示す模式図。
【図４】スロー部の軸方向投影形状を内接する自由楕円の決定手法を説明するための模式図。
【図５】金型拘束状態の分類を示す図表。
【図６】金型拘束係数と比率ＦＤＳ／ＦＳとの相関関係を示すグラフ図。
【図７】クランク軸の鍛造工程を説明する模式図。
【符号の説明】
【００１７】
３０…一気筒分の偏芯軸（スロー部）
３１…ジャーナル軸
３２…クランクピン
３３…切削代
３４…クランクアーム
４１…自由楕円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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